肖先照，高从闯，黄 艳，陈忠宾，宗树冬

(1. 江苏国信溧阳抽水蓄能发电有限公司，江苏常州 213334；2. 江苏沙河抽水蓄能发电有限公司，江苏常州 213333)

0 引言

转子为水轮发电电动机必不可少的部件，由磁轭、磁极、大轴、励磁引线、集电环等部件组成，是产生磁场的励磁部分[1]。因此，转子必须具有良好的绝缘性能，防止机组运行时发生转子一点接地，甚至两点接地，影响机组的安全稳定运行。

某抽水蓄能电站装有多台单机容量为250 MW的混流式水泵水轮机-发电电动机组，为国内某知名厂商生产。发电机为立轴半伞式全空冷发电电动机，额定转速为300 r/min，额定励磁电压为278.9 V，额定电压为17.5 kV。

1 转子励磁部分结构

该电站发电电动机转子为凸极式转子，采用的是三段轴结构，由转子支架、磁轭、磁极、顶轴、主轴、转子引线、集电环等部件组成，见图1。其中集电环和电刷装置、转子引线和磁极是励磁回路的组成部分。直流电通过集电环正负极，再经过转子引线给20个磁极通电，形成磁场。

1.集电环； 2.顶轴； 3.转子引线； 4.转子支架；5.磁轭； 6.磁极； 7.主轴。

1.1 磁极绝缘结构

磁极是提供主磁场的核心部件，主要包括磁极铁心、磁极线圈、阻尼绕组等。磁极绝缘包括极身绝缘、匝间绝缘、绝缘托板、配垫层、“L”形附加绝缘、托板密封隔热绝缘和托板密封腻子。磁极结构见图2。

1.磁极铁心； 2.极身绝缘； 3.磁极线圈； 4. 阻尼条；5.绝缘托板； 6. 极间支撑。

1.2 转子引线

转子引线是连接集电环与磁极的中间导体，材料为软铜母线TMR，局部包扎绝缘带。转子引线穿过顶轴内孔而后经过转子支架和磁轭，最后和首尾磁极相连，经过计算选择适当数量的线夹件固定在转子上，所有与金属接触部位都采用绝缘垫块、绝缘套管的绝缘结构。这种设计既能保证转子带电部件对地的绝缘及爬电距离，还能满足机组任何工况时的强度要求。转子引线见图3。

图3 转子引线

1.3 集电环和电刷装置(见图4)

图4 集电环与刷架装配

该电站机组集电环固定在顶轴上面，位于发电电动机的顶轴内，通过励磁碳刷与刷架的导电环连接，转子引线的铜排直接通过把合螺栓固定在集电环上。电刷装置通过正负极各12根180 mm2电缆与励磁柜相连。

2 绝缘故障

该电站机组投运4年多来，转子整体运行性能稳定可靠，但是也存在一些因为结构设计不合理、检修维护不当导致的绝缘问题。

2.1 绝缘电阻偏低

该电站两台机组出现过转子绝缘阻值偏低的现象。第一次，4号发电电动机在C级检修后预防性试验测得转子整体绝缘阻值仅为22 MΩ(集电环、转子引线以及20个磁极作为整体)，而修前整个转子的绝缘阻值为790 MΩ。修后数据满足规范要求的“转子整体绝缘阻值不低于0.5 MΩ的要求”，但是绝缘阻值存在较大差异。通过对发电机风洞内空气加热和除湿一天，重新测得转子整体绝缘阻值为458 MΩ。第二次，6号发电电动机在C级检修后预防性试验测得转子整体绝缘阻值仅为0.3 MΩ，并且用500 V摇绝缘时，电压只能上升到400 V。将转子引线与磁极分开，分别测量转子引线和磁极的绝缘，最终发现是因为转子引线固定螺栓套的绝缘管损坏，存在放电现象。经更换绝缘套管备件，重新测量转子整体绝缘阻值为728 MΩ。

2.2 转子一点接地[2]

转子一点接地与绝缘电阻偏低不同，一点接地指的是转子集电环电刷系统，转子引线以及磁极形成的励磁回路存在一点与大地接地系统连接，即存在金属接地，转子励磁回路对地的绝缘阻值为0 Ω或者低于转子一点接地保护值15 kΩ。该电站发电电动机出现过多次因碳粉堆积导致转子一点接地的故障，故障点处于集电环和电刷装置处。通过清理集电环和刷架装置处的碳粉，一点接地的问题立即得到解决。机组还出现过几次磁极线圈铜排接地的问题，具体为磁极“T”尾处调整垫条断裂，垫条搭接磁极线圈导致转子一点接地故障，如图5所示。

图5 垫条搭接磁极铜排

3 原因分析与处理

根据该电站机组多起绝缘问题的处理过程，总结出了一些转子绝缘故障的原因与处理措施[3]。转子绝缘阻值偏低，原因如下：

(1) 发电机长期停机(检修状态)，环境湿度较大导致发电机转子绝缘受潮，进而转子绝缘电阻偏低。这种现象通常是发电机修前试验绝缘阻值合格，而修后绝缘阻值大幅下降。这种情况可以通过加热器烘干、除湿机除湿，或者让发电机带励磁空转等方式来处理，效果一般比较理想。

(2) 集电环、电刷装置、转子引线以及磁极端部积累碳粉、灰尘、油污导致转子绝缘电阻降低或者出现接地点。这种情况一般可以通过保护显示的接地点部位有针对性地重点检查和清扫、除尘、除污，绝缘降低或者接地的故障变化就会消除。

(3) 焊渣、金属铁屑等部件导致磁极线圈裸露铜排部分与转子金属部件接触的一点接地或者产生磁极线圈间的匝间短路。这种情况比较少见，可以先通过常规检查，如效果不佳，则需要通过试验来确定是具体哪个磁极。可以将磁极拔出机坑在外单独的检查。采用压缩空气全面清扫，还可以采用吸铁石吸附线圈和铁心之间的金属杂质。

(4) 绝缘严重老化或者存在机械损伤、金属粉尘进入铁心和线圈内狭小空间。这几种情况无法在现场通过常规方式处理来提高绝缘水平，只能更换磁极，将问题磁极脱除线圈重新生产组装。

4 结论

通过对该电站机组发电电动机几起转子绝缘问题的分析和处理，检修人员获得了一些处理转子绝缘问题的方法，也总结了一些转子检修维护的经验，提高了检修技能，保证了机组运行的稳定性。该机组转子绝缘问题处理的思路、方法和经验对类似问题的分析和处理具有指导意义。